Величина честица у односу на ефикасност нагнуте цеви: ЦФД симулација проналази праг од 80 μм

Знате да таложник у цевима уклања суспендоване чврсте материје. Али да ли знате које величине заправо уклања - и које величине пролазе без обзира на то колико је резервоар добро дизајниран? Користећи ЦФД симулацију стварног 1.000 м³/д бројача-струјног нагнутог цевног таложника у провинцији Анхуи, истраживачи су моделирали понашање честица из30 до 120 μмпод стварним условима рада. Резултат је јасан праг: испод 80 μм, величина честица једва да је битна за уклањање. Изнад 80 μм, ефикасност расте. Ако ваш коагулант не производи флокуле изнад тог прага, ваше нагнуте цеви не раде оно што сте платили.

ЗАШТО ЦФД - И ЗАШТО ОВАЈ РЕЗЕРВОАР

Већина студија о косим цевним таложницима фокусира се на обрасце протока - који оптимизују димензије резервоара, смањују мртве зоне, изглађују дистрибуцију брзине. Мало је њих поставило питање које је најважније за квалитет отпадних вода:с обзиром на специфичну дистрибуцију величине честица, шта се заправо уклања?Пошто честице различитих пречника имају различите брзине таложења, расподела величине честица суспендованих чврстих материја директно контролише ефикасност седиментације коју резервоар може да постигне.

Да би одговорили на ово, истраживачи су користилистандардни к-ε модел турбуленције(за поље протока) заједно саВишефазни модел мешавине(за двофазно понашање чврсто-течност) - комбинација која је добро-погодна за симулацију турбулентног, честицама-оптерећеног тока унутар радног цевног таложника.

Тестни случај је био прави цевни таложник против{0}}косих цеви у водоводу у провинцији Анхуи, са следећим конструкцијским и радним параметрима:

РЕЗУЛТАТ 1: ГДЕ СЕ ЧЕСТИЦЕ КОНЦЕНТРАЈУ - И ЗАШТО ЈЕ ТО БИТНО

Симулирано је пет пречника честица:30, 50, 80, 100 и 120 μм. За сваки, вертикална дистрибуција суспендованих чврстих материја је испитана цртањем просечног запреминског удела на попречним- пресецима на различитим висинама (Слика 2).

Из профила концентрације произилазе три обрасца:

1. Све величине честица прате исти општи тренд.Укупан облик криве концентрације{0}}у односу на{1}}висину је сличан без обзира на пречник. Физика резервоара - четири-структура, путања струјања, образац турбуленције - намеће заједнички профил концентрације.

2. На улазу у цев (~1,5 м висине), концентрација нагло расте за веће честице.Ово је прелазна зона где проток улази у нагнуте цеви. Турбуленција и мешање стварају област високе{1}}концентрације која промовише контакт честица и флокулацију - што је позитиван ефекат за раздвајање чврстог и течног. Што су веће честице које улазе у ову зону, то је израженији скок концентрације.

3. На дну резервоара и попречном пресеку ефлуента{1}}, величина честица утиче на исход.У близини зоне муља, просечна запреминска фракција расте са величином честица - више великих честица се таложи и акумулира тамо где би требало. На пресеку ефлуента-просечан запремински удеосмањује секако се величина честице повећава - мање великих честица излази. Корелација је недвосмислена:веће честице → више се таложе → чистији ефлуент.

РЕЗУЛТАТ 2: ПРАГ 80 μм

Ефикасност уклањања η је дефинисана као:

где је Ц_улазје утицајна концентрација СС (кг/м³) и Ц_излазје концентрација ефлуента СС (кг/м³).

Слика 3 приказује однос између ефикасности уклањања и пречника честица под датим условима утицаја (295 мг/Л СС, 1,050 кг/м³ густина, 0,02001 Па·с вискозитет). Крива није линеарна - већ има јасно колено.

Подаци откривају два режима:

Разлог је хидраулички: честице испод 80 μм имају довољно ниске брзине таложења да их узлазни ток у цевима може извести, без обзира на то колико је резервоар добро дизајниран. Изнад 80 μм, брзина таложења надмашује брзину навише за маргину ширења и уклањање постаје ефективно. Праг од 80 μм је специфичан за геометрију овог резервоара и услове рада (пречник цеви 40 мм, нагиб од 60 степени, улазна брзина 0,1 м/с) -, али принцип се примењује широко:сваки таложник у цеви има критичну величину честица испод које је уклањање слабо, а та величина је одређена брзином навише у цевима.

ШТА ОВО ЗНАЧИ ЗА ВАШУ БИЉКУ

1. Дозирање коагуланта има циљ, и то 80 μм.Сврха коагулације и флокулације - осим неутралисања наелектрисања и премошћивања честица - је да се коагулације повећају преко критичне величине где их цевни таложник може ухватити. Тестирање тегле би требало да потврди да ваше формиране флокуле премашују гранични пречник за вашу специфичну геометрију резервоара.

2. Ако је ваш ефлуент замућен и величина флокула је испод прага, епрувете нису проблем - фаза флокулације.Додавање више цеви или смањење брзине навише ће незнатно помоћи. Али право решење је узводно: боља флокулација за производњу већих, гушћих честица које постојеће цеви могу да ухвате.

3. Критична величина је специфична-за резервоар.Ова симулација је пронашла 80 μм за цев од 40 мм на 60 степени са улазном брзином од 0,1 м/с. Мањи пречник цеви, равнији угао или нижа брзина нагоре би померили праг надоле - што значи да мање честице постају уклоњиве. Због тога геометрија цеви и хидраулично оптерећење нису само пројектни параметри; они директно постављају минималну величину честица коју ваш насељеник може да поднесе.

4. ЦФД симулација је практичан алат за дизајн, а не академска вежба.Комбинација модела к-ε + смеша која се овде користи може предвидети, за било коју геометрију резервоара и услове рада, криву ефикасности уклањања величине честица. Пре изградње или накнадног опремања, симулација може да одговори на питање које емпиријска правила дизајна не могу:да ли ће овај резервоар уклонити честице у мојој сировој води?